在現(xiàn)今塑膠的發(fā)展已經(jīng)是達到尖峰的時代，更是日常生活中不可或缺的元素之一，像是現(xiàn)在的智慧型手機、液晶熒幕、冷氣機、電風扇、居家擺設、五金零件還有高精密電子零件、光學零件等等，都是由塑膠為主體制造而成的，正因為塑膠有重量輕、堅固耐用、電絕緣性、耐蝕性、成型復雜性高的產(chǎn)品、一體成型、生產(chǎn)效率高、原料豐富且價格低廉、色彩鮮明種種的優(yōu)點，許多零組件都逐漸被塑膠制程所取代。

盡管塑膠有著許多優(yōu)點但也有必須克服的困難，在射出成型時會因為各種因素而造成許多成型缺陷，譬如產(chǎn)品厚度不均會產(chǎn)生翹曲變形、收縮不均、凹陷、空孔等等，這些都會影響產(chǎn)品的美觀、外觀尺寸、裝配精度甚至是產(chǎn)品的機械強度，因此如何應付產(chǎn)品的多樣性，以及制品逐漸趨向高精密、高品質(zhì)的需求，確實仰賴于塑膠成型技術以及制程不斷的精進與研發(fā)。

影響產(chǎn)品凹陷與空孔的因素

射出成型過程中會因為鎖模力、模具溫度、塑料溫度、射出溫度、射出速度、保壓壓力的高低或者保壓時間的不同的因素，而造成產(chǎn)品發(fā)生表面或者內(nèi)部的缺陷。

而形成凹陷與空孔會因為厚度不均、有轂或肋的設計、保壓壓力不足、冷卻時間過短、澆口提早凝固等等所影響。

凹陷與空孔的形成是一體兩面的，其主要原因如下：

1. 凹陷(Sink Mark):

為冷卻期間的熱收縮所致，當外部材料冷卻并凝固之后，公模仁材料便會開始冷卻，它的收縮會將主模壁表面向內(nèi)拉，進而造成凹陷。

2. 空孔(Void)：

各位讀者應該比較熟悉表面的凹陷，而對于空孔就比較陌生了，空孔的成因為當表面凹陷不再發(fā)生了，表層夠硬造成表面不會出現(xiàn)變形，零件外部表層的勁度足以抵抗收縮力進而阻止表面凹陷時，而材料公模仁也會收縮，影響零件內(nèi)產(chǎn)生空孔(圖1)。

圖1

實際案例與Plastics模流分析比較

本案例主要是透過solidworks Plastics Advanced 2014版本進行分析測試，并且與實際生產(chǎn)的產(chǎn)品進行比對與結(jié)果驗證，其相關資料如下：

1. 產(chǎn)品描述:

本案例產(chǎn)品為門窗輥輪，主要用途為門窗的帶動零件，本產(chǎn)品為一模四穴，輥輪尺寸直徑40mm，高度10mm(圖2)。

圖2

2. 模型配置:

本案例透過SOLIDWORKS處理模型配置，并且使用SOLIDWORKS Plastics進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格類型為四面體混種網(wǎng)格，水路使用同軸網(wǎng)格，模具則使用四面體網(wǎng)格建立，網(wǎng)格總數(shù)約為159萬元素(圖3)。

圖3

3. 材料:

本案例輥輪產(chǎn)品材質(zhì)選用日本旭化成株式會社的POM，型號為Tenac 3010(圖4)，嵌件材質(zhì)為AISI E52100精煉軸承鋼，冷卻液為軟體預設值水，模具材質(zhì)為預設值Stell-420SS。

圖4

4. 參數(shù)配置:

本案例充填設定為一段，料溫200℃，模溫65℃，螺桿直徑35mm，最大射出壓力178.68 MPa，參考射出率164 cc/s；保壓設定為一段，保壓壓力時間1 Sec，保壓壓力50 MPa，純粹冷卻時間25 Sec；翹曲設定環(huán)境溫度為30℃，重力方向為-Y方向；冷卻設定公模側(cè)路溫度為13℃，母模側(cè)度65℃；嵌件初始溫度30℃(圖5)。

圖5

5. 結(jié)果驗證:

本案例相關參數(shù)輸入完成后執(zhí)行冷卻、充填、保壓、翹曲進行分析，得到以下的分析結(jié)果并與實際射出產(chǎn)品對照：

● 充填短射圖－從模擬與實際的射出短射產(chǎn)品可看出，此產(chǎn)品的流道設計為不平衡的，在短射圖中可看出上下兩個輥輪為流動的末端，但如果此產(chǎn)品為對稱的應該會是同時充填完成，從結(jié)果中發(fā)現(xiàn)上方比下方流動的慢，其主要的原因為受到重力場的影響，再者此副模具因為修模多次，造成模具品質(zhì)下降，因此人為因素也有影響產(chǎn)品的流動狀況(圖6)。

圖6

●  凹陷結(jié)果-從SOLIDWORKS Plastics的凹陷結(jié)果看出，整體凹陷最嚴重的區(qū)域為豎澆道的底部，此處也是整體肉厚最厚的區(qū)域，在流道的表面也可看出淺綠色的凹陷分布，而產(chǎn)品與嵌件接觸面凹陷值為0mm，主要的原因是金屬能夠幫助熱的降溫，所以此處受到有效的降溫并且表面產(chǎn)生足夠抵抗收縮的勁度，不過之前提到雖然表面不再產(chǎn)生凹陷了，但內(nèi)部卻有可能產(chǎn)生空孔現(xiàn)象，目前的軟體包括其他同業(yè)軟體都還不能夠呈現(xiàn)內(nèi)部空孔的結(jié)果顯示，因此可以從體積收縮率的結(jié)果預測空孔的產(chǎn)生(圖7)。

圖7

● 體積收縮率-從SOLIDWORKS Plastics的模擬結(jié)果與實際產(chǎn)品比較，實際產(chǎn)品經(jīng)過切割機切開之后，以影像處理方式將內(nèi)部空孔明顯化，在模擬結(jié)果當中可以看出體積收縮在進澆處的發(fā)生率比較高，跟實際產(chǎn)品比較可以看出與模擬結(jié)果相近似，都有出現(xiàn)大片體積收縮和空孔的區(qū)域，因此模擬結(jié)果是值得參考的(圖8)。

圖8

結(jié)論

從分析結(jié)果與實際產(chǎn)品歸納以下幾點做結(jié)論：

1. 此模型造成凹陷與空孔的原因主要為產(chǎn)品設計的問題，必須改善肉厚不均的問題。

2. 建議增加保壓壓力以及保壓時間有效改善凹陷與空孔問題。

3. 此模型為單一產(chǎn)品兩進點的方式充填，一般建議圓形的產(chǎn)品以三點進澆會改善凹陷與空孔的問題，并且改變模穴排列位置以改善流動不平衡問題。

4. 從此例可以看出，當未以模流分析評估產(chǎn)品是否造成短射、凹陷、空孔、流動不平衡等等的缺陷問題，就開模具試模生產(chǎn)，而造成日后因碰到這些問題而開始胡亂修模填補，造成更多的問題出現(xiàn)，因此模流分析還是在塑膠制程中不可或缺的工具。